第二章--微生物肥料

第二章微生物肥料第一节微生物肥料概述、背景及意义背景：肥料是作物的“粮食”与“营养”。我国上世纪50年代一公顷土地施用化肥8斤多，而现在是868斤。因化肥大量使用，全国水域许多地区硝酸盐超标，包括饮用水（允许50ng/L，有些地区300mg/L）；土壤耕地1/5受重金属、化肥等污染，农产品品质下降。利用微生物的生命活动及其代谢产物的作用，改善作物养分，向农作物提供营养、生长因子，减少化肥使用与作物病虫害，提高土壤肥力。微生物肥料在国际上应用和发展已有百年的历史，我国也有近50年的应用历史。微生物物肥料优点：不污染环境，成本低，还可降解废弃物，降低作物病虫害。因此随着我国农业的发展，农业科技提高，微生物肥料越来越被人们重视，将在农业可持续发展上占有更加重要的地位。定义：微生物肥料又称为细菌肥料、生物肥料，许多国家将其称为接种剂。我国中科院院士（华中农大陈华葵）认为：是指一类含有活微生物的特定制品,能够获得特定的肥料效应，在这种效应中，制品中活的微生物起关键作用。微生物肥料制品和种类－（两大类型）1）通过其中所含微生物的生命活动，增加了植物元素营养的供应量，导致植物营养状况的改善，进而产量增加。代表品种是根瘤菌肥料。2）广义的微生物肥料。其制品中的微生物生命活动的关键作用不限于提高植物的元素营养供应水平，而是包括了他们所产生的植物生长素对植物的刺激作用，促进植物对营养元素的吸收，或且是有拮抗某些病原微生物的致病作用，减轻农作物病害而使产量增加。第二节微生物肥料作用及种类一、微生物肥料的功效•增进土壤肥力（主要功效之一）。如固氮作用；芽孢菌、假单胞菌使土壤中难溶性磷、钾分解释放处理出来等。•制造和协助农作物吸收营养。如根瘤作用。•增强植物抗病和抗旱能力。植物根际促生细菌（简称PGPR)•减少化肥的使用量和提高作物品质。•降解废弃物、净化土壤等作用。二、种类•按微生物种类分：细菌肥料、放线菌肥料、真菌类肥料；•按作用机理分：增加土壤氮素和作物氮素营养的菌肥、分解土壤有机质的菌肥、分解土壤难溶性矿物质的菌肥、刺激植物生长的菌肥、增加作物根吸收营养能力的菌肥；•按制品内含微生物种类：单一微生物肥料、复合微生物肥料（菌＋菌）或（菌＋营养素等）。我国目前市场出现的品种：•固氮菌肥料类；•根瘤菌肥料类•磷细菌肥料•硅酸盐细菌肥料（钾细菌肥）•光合细菌肥料•生物有机肥•复合微生物肥料类（菌＋菌）或（菌＋营养素等）•与PGPR类联合使用的制剂•农用放线菌制剂•土壤环境修复菌剂等第三节微生物肥料各论一、固氮菌肥料•概念：指能够自由生活的固氮菌或与一些禾本科植物进行联合固氮的细菌为菌种生产出来的固氮菌类肥料。联合固氮微生物生活在植物根内、根表、根际，利用一些植物（如玉米高梁）根分泌的一些糖类繁殖固氮。（但分泌体外的氮很少）。这类固氮微生物与共生固氮的根瘤菌不同(根瘤菌与豆科植物形成的器官－根瘤)。•菌种：20世纪60年代中期以来，有14个科200多种细菌具有固氮，但并非有固氮酶的细菌就可以作为肥料。现作菌种生产氮菌类肥料的主要约十几种：自生固氮菌属（贝氏固氮菌、棕色固氮菌等）、氮单胞菌属、贝氏固氮菌属、多粘芽孢菌属、固氮螺菌属、肠杆菌属等。固氮菌类肥料生产和应用:•不足之处：（1）作物与微生物松散结合，不形成共生的组织结构，固氮受许多条件制约；（2）固氮的氮量满足自身需要后就会关闭固氮系统，固氮效率低，只有根瘤固氮的几十分之一甚至二三百分之一；（3）固氮主要在细菌死亡后崩解释放出来给植物用。•优越性：存在广泛、特异性不强、应用范围大；可以形成多种植物有利的代谢产物，还有植物生长物质；维生素和氨基酸；多糖等。•目前我国市场上主要有液体菌剂、固体菌剂和冻干菌剂。菌剂的施用方法主要是拌种。二、根瘤菌类肥料及其农业应用根瘤菌肥料应用于农牧业已有100多年历史，是目前研究最长、最深，在世界范围内应用最广也是效果比较肯定的微生物肥料。1.豆科植物：提供人类需要的22％的蛋白；家禽家畜极好的饲料；同时也是良好绿肥与前茬作物。2.豆科植物接种的必要性在豆科植物种植之前将有效的根瘤菌拌入种子（或土壤）以促进共生固氮的过程。下面情况需接种：未种植过或新引进的豆科植物；自然结瘤情况不良；轮作或前茬种非豆科植物；肥力下降或新垦地等。RootNoduleBacteria（根瘤菌）andSymbiosiswithlegumes（豆科植物）3.豆科植物－根瘤菌共生体系应用的种类•基本情况：豆科植物大约有近20000种，在已调查的2400种中约有98％结有根瘤（大豆、花生、豌豆、菜豆等）。从豆科植物根瘤里分离出并研究的根瘤菌有100多种，但在生产上应用的种类不足1/5，有的根瘤菌只在1～2种豆作物上根瘤，有的在多种豆科植物上根瘤。•菌种：根瘤菌属、慢生根瘤菌属、中华根瘤菌属等。目前科研生产选育根瘤有两种趋向，一种选择广谱性的根瘤菌株，另一种趋向选育新品种。4.豆科植物接种剂－根瘤菌剂的生产过程•根瘤菌生产：目前，世界上的主要国家都采用发酵罐通气培养。不同菌种生产周期不同（2～6天），发酵菌浓应达到3×109个/mL以上。后可用载体吸附或更大级别发酵。•根瘤菌接种剂：最常用的是固体接种剂。常用载体是草碳（泥碳），或秸秆粉、蔗渣以及塘泥等几种混合的材料。除固体制剂外，还有液体、颗粒制剂等。每种产品都需检查根瘤菌纯度、菌数和菌所处的发育阶段，以保证得到最好的接种剂质量。5.根瘤菌接种剂的质量要求•纯度高：杂菌率≤10％～15％•含一定量活菌：国外规定菌数为（5～10）亿个/g，我国为≥2亿个/g。•含水量：我国标准为25～35％；pH：应为中性；•有效期：20℃下固体通常6～8个月，液体1个月；•外观和包装要求等。6.根瘤菌接种剂的使用技术•固体剂型：加水调成浆状后拌种,也有改用底施法。•液体剂型：一般直接用来拌种，保存时间短。•颗粒剂型：与种子一起混播。优点较多，但用量较大。三、解磷微生物肥料的资源及其利用1.解磷微生物肥料的应用基础•磷是作物生长发育必须的三大营养元素之一。作物吸收磷主要是以正磷酸盐的形式进入体内，并且以同一形式直接参与体内的物质代谢。•土壤全磷含量一般为0.022~0.019（含磷计），但土壤全磷含量多少并不能作为土壤磷素供应的确切水平。作物通过施肥获得10~25%磷，而大部分磷被土壤固定。•对于土壤中难溶的磷，微生物中的许多种群可将其溶解出来，或者通过间接的作用使难溶性磷酸盐释放出来，达到供应农作物磷素营养的目的。2微生物解磷作用主要方式:•微生物可以产生多种有机酸，可溶解难溶性磷酸盐。•一些细菌可以释放出H2S，与磷酸铁作用，产生硫酸亚铁和可溶性磷酸盐。微生物通过呼吸作用产生CO2，降低周围的pH值。•微生物通过腐解植物残体而产生富里酸等，可以螯合难溶磷酸盐中的钙、铁等，释放出磷酸盐。关于解磷机理的研究仍比较薄弱，还需进一步研究。3.解磷微生物的种类巨大芽孢杆菌：是应用最早与应用最广的菌种。蜡样芽孢杆菌：菌种可分泌毒素，应用前应做安全鉴定。氧化硫硫杆菌：为土壤专性自养微生物，在含硫酸性环境里易培养，生长慢，产酸能力强，会使环境pH值降低1～3个单位，造成土壤酸性使难溶性磷释放。假单胞菌：此类菌一般是植物病害菌，也是一些人畜共患病原菌。常见生产菌荧光假单胞菌和恶臭假单胞。短小芽孢杆菌、解磷真菌四、硅酸盐细菌肥料(钾细菌肥）•概念：硅酸盐细菌肥料是指用胶质芽孢杆菌（荚膜较厚）和胶冻样芽孢杆菌为菌种生产的硅酸盐菌剂或硅酸盐细菌肥料。解钾机理：对土壤中云母、长石、磷灰石等含磷、钾的矿物质分解，使难溶钾转化为有效钾。晶格的破坏与菌体合成的草酸等有机酸、氨基酸和荚膜多糖的络合有关。存在问题：机理研究不够，菌种培养时由于荚膜太厚影响菌体密度。五、复合微生物肥料复合菌剂是为提高接种效果或显示接种效果而应运产生的，我国目前有：1）两种或两种以上的微生物复合（或复混）：应用的前提是微生物之间无拮抗作用，充分发酵后混合。2）一种微生物和其他营养物质复配：•菌＋大量元素（氮、磷、钾或其中1～2种）；•菌＋微量元素；•菌＋适量有机物或植物生长激素。配制原则：无论哪种菌剂量，都需考虑复配制剂的质量，pH值和盐浓度等对微生物的影响。•问题：目前复合（复混）微生物肥料实验品种较多，但应用效果不稳定，还需深入研究和试验。六、PGPR类制剂最近20年来，在微生物资源研究中，植物根际圈促生细菌（简称PGPR）研究正在兴起。1.概念：在植物根圈范围中，生存着许多生长过程能产生促进植物生长物质的细菌，通称植物根际圈促生细菌。2.菌种：已报道PGPR种类：醋杆菌，气单胞菌，柠檬节杆菌，巴西固氮螺菌，自生固氮菌，巨大芽孢杆菌，多粘芽孢杆菌，枯草杆菌，阴沟肠杆菌，荧光假单胞菌，恶臭假单胞菌，根瘤科中的一些种和根癌土壤杆菌等。3.PGPR作用机理1）分泌植物促生物质:如植物生长激素、赤霉素、激动素类和泛酸等；PGPR中还可分泌多种维生素等。2）对豆科植物结瘤的促生作用：PGPR接种豆科植物可增强共生体的结瘤作用，使根瘤干重增加。这类PGPR微生物被称为结瘤促生根细菌（NPR）。3）促进出芽：低温处理下，用PGPR接种有促进种子出芽的作用。4)对土传病害的生物调控作用：PGPR对许多病害有减轻、降低发生的作用，并其与促生作用经常同时存在。机制：产生抗生素、胞外溶解酶，或使与植物防御有关的化合物水平上升。5）降解农田污染物：许多菌种存在谷胱甘肽转移酶，通过谷胱甘肽的结合作用除去除草剂中的氯。七、VA菌根真菌肥料菌根是真菌和植物根部组织接合成的复合体，是真菌和高等植物间最主要的共生体系之一。分为内生菌根、外生菌根和内外生菌根。内生菌根：真菌菌丝进入植物根皮层细胞内，只有少数菌丝伸展到根外面。外生菌根：菌丝大部分着生在幼根的表面，少量菌丝侵入到皮层细胞间隙中。内外生菌根：菌丝不仅包在幼根表面同时也深入到细胞中。VA(泡囊丛枝）菌根真菌肥料:土壤中内囊霉科真菌中多数属、种与植物根部形成的丛枝状菌根，为真菌菌根中宿主和分布最广的。泡囊:菌丝顶端膨大成的球形、圆柱形、椭圆形结构，功能：储藏养分、繁殖。丛枝：VA菌根真菌菌丝体侵入宿主植物皮层细胞，连续进行分枝形成的枝状结构。VA菌根对宿主的有益功能VA菌根侵染到宿主根部形成椭圆形泡囊，还将菌丝伸延到土壤中去，从而扩大了吸收面，帮助宿主吸收磷、钾、硫、钙、锌、铁、铜等营养元素及水分，使宿主的产量增加和品种提高。最近又发现VA菌根对重金属的”解毒”功能及其他抗逆作用。由于其纯培养问题尚未解决，限制了这类肥料的使用。国内外研究者利用各种人工培养大量的接种AM菌根的植物根，然后用这些侵染了AM菌根的植物根段和有大量活孢子的根际土为接种剂去接种作物，可以获得较好的增产和提高品质的效果。生物有机肥料：禽畜粪便、秸秆、农副产品和食品加工的固体废物、有机垃圾以及城市污泥等经微生物发酵、除臭和腐熟后加工而成的肥料。有机无机复合肥料：即上述肥料和无机肥料复混。农家肥料：农村中就地取材、就地积制的自然肥料。包括堆肥、沤肥、沼气肥、绿肥、作物秸秆肥等。八、其他微生物肥料九、影响微生物肥料有效性的因素内在因素：微生物的质量。外在因素：①土壤条件（pH、湿度、温度、通气性、养分含量等)②环境因素：弄清微生物和作物品种、土壤类型间的联系；不能与石灰、杀菌剂一起使用。固体废弃物（Solidwasters），按照《中华人民共和国固体废物污染、环境防治法》的规定，是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。固体废物的产生对人类环境产生危害，一是侵占土地，二是污染环境。废弃物无害化、资源化、减量化，变废为宝，净化环境第二节微生物堆肥处理方法类型应用堆肥法、厌氧消化法和填埋法生物处理法处理可生物降解的有机固体废物焚烧法、热解法化学处理法处理不可随意排放的危险性废物以及生活垃圾等对固体废弃物的处理，一部分可回收再利用，其他可用物理、化学、生物方法加以处理，常用的处理方法有：堆肥法、填埋法、焚烧法、热解法。堆肥化堆肥化是依靠自然